CN102588497A - 电磁和磁流变液混合型减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现主动控制、能耗低且可能量回收的电磁和磁流变液混合型减振器。它包括连接在一起的上壳体和下壳体，所述两壳体连接处设有中间连接板，活塞杆穿入所述两壳体内并穿过中间连接板与活塞体连接；所述上壳体内部以及与活塞体内分别设有电磁装置，所述两电磁装置均与控制单元连接，控制单元与传感器信号端连接；活塞体下部的下壳体内设有移动活塞，活塞体的活塞外壳与中间连接板间以及与移动活塞间设有磁流变液腔，两磁流变液腔通过活塞体的连通结构连通；移动活塞与下壳体之间是氮气腔。它综合了减振器磁流变液半主动控制和电磁主动控制的优缺点，具有减振效果好、能耗低、能量可回收的优点。

Description

电磁和磁流变液混合型减振器

技术领域

本发明涉及的是一种车辆悬挂系统的电磁和磁流变液混合型减振器。

背景技术

随着节能、环境保护以及人们对于车辆舒适性和技术性要求的不断提高，车辆技术逐步朝着电动车辆发展。悬挂系统是车辆行驶平顺性的重要部件，其主要零件减振器经历了从机械到液力再到电力的发展过程。目前减振器的主要产品还是被动减振的液力式减振器；德尔福公司于2003年研制成功的半主动控制的电控磁流变液减振器已经商业化，目前主要在高档车辆上使用；主动控制的电磁减振器目前还处于研究和试验阶段，有关资料的研究表明，电磁主动控制具有良好的减振效果，是电动汽车减振器的发展方向。

磁流变液(Magnetorheological Fluid，简称MR流体)是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体，属可控流体，可实现阻尼的改变，具有强度高、粘度低、能量需求小、温度稳定性好等特点，在较弱的外磁场作用下可以在毫秒级的瞬间由牛顿流体变成剪切屈服应力较高的Bingham塑性体或粘弹性体，且这种转变是连续、可逆的。半主动控制的磁流变液减振器正是利用磁流变液的这些特点，实现了以较小的电力消耗实现较好的减振效果，但其缺点是该类型减振器无法主动作用，只能被动改变减振器的阻尼。电磁减振器具有完全主动的控制能力，但是正因为其主动性，导致电力消耗很大，但是如果电磁控制器不主动作用，则可根据电磁感应原理实现路面激励振动能量的回收，给车载蓄电池充电。因此，可实现主动控制、能耗低且可能量回收的电控减振器是车辆悬架系统的理想选择。但目前将两者结合使用的技术尚未出现。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可实现主动控制、能耗低且可能量回收的电磁和磁流变液混合型减振器。

为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种电磁和磁流变液混合型减振器，它包括连接在一起的上壳体和下壳体，所述两壳体连接处设有中间连接板，活塞杆穿入所述两壳体内并穿过中间连接板与活塞体连接；

所述上壳体内部以及与活塞体内分别设有电磁装置，所述两电磁装置均与控制单元连接，控制单元与传感器信号端连接；

活塞体下部的下壳体内设有移动活塞，活塞体的活塞外壳与中间连接板间以及与移动活塞间设有磁流变液腔，两磁流变液腔通过活塞体的连通结构连通；

移动活塞与下壳体之间是氮气腔。

所述上壳体内的电磁装置包括：螺母，所述活塞杆上半段为丝杠，螺母与活塞杆上半段构成滚珠丝杠结构，活塞杆上下运动时，带动螺母旋转，螺母外部装有磁极交替对称布置的永磁体，作为电磁控制的转子；上壳体内部装有与永磁体数目相同的线圈II及其铁芯，作为电磁控制的定子，线圈II与控制单元连接。

所述活塞杆通过螺纹与活塞体连接，活塞杆顶端装有连接环；在活塞杆内部设有走线孔。

所述活塞活塞体内的电磁装置为线圈I，它安装在活塞体上，线圈I外部是绝缘壳，绝缘壳外部是活塞外壳；线圈I由铜导线绕活塞体组成，线圈I的一头通过活塞杆中的走线孔连接控制单元电流输出的正极，另一头焊接到活塞体上，通过活塞杆连接到控制单元电流输出的负极。

所述连通结构为活塞体上沿活塞杆移动方向设置的若干阻尼孔。

所述中间连接板和活塞杆均为非导磁材料，活塞体及活塞外壳为软磁材料。

所述中间连接板下部设有缓冲橡胶或弹簧；中间连接板与活塞杆间还设有密封圈II；在中间连接板上部与上壳体间还设有与活塞杆配合的轴承I和推力轴承I，中间连接板与下壳体间设有O型圈。

所述上壳体顶部设有端盖，端盖下部是隔板，隔板与上壳体连接；线圈II置于隔板与上壳体间；端盖与活塞杆间设有丝杠密封圈；隔板上设有轴承II和推力轴承II与活塞杆配合。

所述下壳体底部密封安装有单向阀，单向阀通过密封螺钉与下壳体固连。

所述移动活塞上设有密封圈I。

本发明的电磁和磁流变液混合型减振器包括下壳体，移动活塞，活塞，活塞杆，中间连接板，上壳体，螺母，端盖以及控制单元，下壳体下部装有单向阀，并通过密封螺钉进行密封；移动活塞与下壳体间装有密封圈；活塞包括活塞线圈、绝缘壳和活塞外壳，活塞体上钻有阻尼孔；中间连接板上装有缓冲橡胶、密封圈、O型圈、轴承I和推力轴承II；活塞杆通过螺纹与活塞连接，活塞杆上半段为丝杠，上端装有连接环，连接悬挂质量，中间开有活塞线圈的走线孔；螺母外部装有永磁体；上壳体内部装有线圈及其铁芯；端盖装有轴承II、推力轴承II和丝杠密封圈，与上壳体间装有隔板；控制单元连接传感器信号以及活塞线圈和上壳体线圈；上壳体、下壳体和中间连接板通过螺栓连接。

中间连接板和活塞杆均为非导磁材料，活塞体和活塞外壳为软磁材料；活塞杆和螺母，构成滚珠丝杠结构；移动活塞与下壳体间充有高压氮气，移动活塞和活塞间以及活塞和中间连接板间充有磁流变液；螺母外圈装有磁极对称交替的永磁体；上壳体内部装有与永磁体对数相同的铁芯和线圈。

控制单元可实现活塞线圈的电流控制，可实现上壳体线圈的电流控制和能量回收。

本发明具有如下优点：

1、利用磁流变液在较弱磁场下即可获得较大剪切力的特点，在车辆振动平稳情况下，可只控制活塞线圈电流，即仅用半主动控制模式实现车辆的减振，因此以较小的能耗即可获得较好的减振效果，减振器能耗低；

2、在车辆振动平稳情况下，电磁减振部分可不主动控制，而是被动减振，利用电磁感应原理，吸收振动能量，给车载蓄电池充电，可实现能量回收；

3、在车辆振动剧烈或紧急转向等情况下，为获得更好的减振效果和驾驶平顺性，电磁减振部分需要进行主动控制，来达到比半主动控制更好的减振效果。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图。

其中：1、密封螺钉，2、单向阀，3、下壳体，4、氮气腔，5、密封圈，6、移动活塞，7、线圈I，8、绝缘壳，9、活塞外壳，10、活塞体，11、阻尼孔，12、活塞杆，13、缓冲橡胶，14、磁流变液腔，15、密封圈，16、O型圈，17、中间连接板，18、连接螺栓，19、轴承I，20、推力轴承I，21、螺母，22、上壳体，23、线圈II，24、隔板，25、轴承II，26、推力轴承II，27、丝杠密封圈，28、端盖，29、连接环，30、控制单元，31、传感器信号端。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

图1中，本发明的下壳体3下部打螺纹胶后通过螺纹连接安装单向阀2，在向氮气腔4充好氮气后，通过连接到单向阀2的密封螺钉1进行密封；移动活塞6为铝合金活塞，上面安装密封圈I5，实现上下气液的隔离；线圈I7由铜导线绕活塞体10组成，线圈I7的一头通过活塞杆12中间孔连接电源正极，另一头焊接到活塞体10上，通过活塞杆12连接到电源负极，线圈7绕好后，压铸一圈绝缘壳8，避免线圈损坏短路，将活塞外壳9冲压包在活塞体10外部，活塞体10和活塞外壳9均为软磁材料，活塞体10上钻有对称的四个阻尼孔11，实现上下腔体磁流变液14的流通。活塞体10通过螺纹连接到活塞杆12上；在上壳体22和下壳体3间装有中间连接板17，中间连接板17下部装有缓冲橡胶13(或弹簧)，来缓冲活塞杆运动超过减振器行程时造成的冲击，与活塞杆12间装有密封圈II15，实现磁流变液的密封，与下壳体3间装有O型圈16，实现磁流变液的静密封，中间连接板17的上端和螺母21间装有轴承I19和推力轴承I20，限制螺母21的径向和轴向运动，中间连接板17、上壳体22和下壳体3通过精铰连接螺栓18连接；螺母21的内部与活塞杆12上半段的丝杠构成滚珠丝杠结构，活塞杆12上下运动时，可带动螺母21旋转，螺母21外部装有磁极交替对称布置的永磁体，作为电磁控制的转子；上壳体22内部装有与永磁体数目相同的线圈II23及其铁芯，作为电磁控制的定子；隔板24和螺母21间装有轴承II25，端盖28和螺母21间装有推力轴承II26，分别限制螺母21的径向和轴向运动，端盖28和活塞杆12间装有丝杠密封圈27，端盖28和上壳体22通过焊接实现连接；活塞杆12上部装有连接环29，用来连接悬挂质量。

本发明的控制单元30接收来自位移和振动传感器的传感器信号端31信号，根据振动的程度，选择不同的控制算法，主要有两种控制模式，一种是半主动控制和能量回收模式，一种是主动控制模式；在振动相对平稳时，采用半主动控制模式，综合线圈II23的被动阻尼力，通过控制线圈I7中的电流大小实现磁流变液阻尼力的控制，达到减振的目的，此外，在此过程中，螺母21上的永磁体通过旋转，在线圈II23中产生感应电流，通过控制器30整流后给车载蓄电池充电，实现振动能量的回收；在振动较为剧烈或突然转向等情况下，控制单元30通过控制线圈I7和线圈II23中的电流，实现减振器的主动控制，从而达到良好的减振效果。

Claims (10)

1.一种电磁和磁流变液混合型减振器，它包括连接在一起的上壳体(22)和下壳体(3)，所述两壳体连接处设有中间连接板(17)，活塞杆(12)穿入所述两壳体内并穿过中间连接板(17)与活塞体(10)连接；其特征是，

所述上壳体(22)内部以及与活塞体(10)内分别设有电磁装置，所述两电磁装置均与控制单元(30)连接，控制单元(30)与传感器信号端(31)连接；

活塞体(10)下部的下壳体(3)内设有移动活塞(6)，活塞体(10)的活塞外壳(9)与中间连接板(17)间以及与移动活塞(6)间设有磁流变液腔(14)，两磁流变液腔(14)通过活塞体(10)的连通结构连通；

移动活塞(6)与下壳体(3)之间是氮气腔(4)。

2.如权利要求1所述的电磁和磁流变液混合型减振器，其特征是，所述上壳体(22)内的电磁装置包括：螺母(21)，所述活塞杆(12)上半段为丝杠，螺母(21)与活塞杆(12)上半段构成滚珠丝杠结构，活塞杆(12)上下运动时，带动螺母(21)旋转，螺母(21)外部装有磁极交替对称布置的永磁体，作为电磁控制的转子；上壳体(22)内部装有与永磁体数目相同的线圈II(23)及其铁芯，作为电磁控制的定子，线圈II(23)与控制单元(30)连接。

3.如权利要求1所述的电磁和磁流变液混合型减振器，其特征是，所述活塞杆(12)通过螺纹与活塞体(10)连接，活塞杆(12)顶端装有连接环(29)；在活塞杆(12)内部设有走线孔。

4.如权利要求3所述的电磁和磁流变液混合型减振器，其特征是，所述活塞活塞体(10)内的电磁装置为线圈I(7)，它安装在活塞体(10)上，线圈I(7)外部是绝缘壳(8)，绝缘壳(8)外部是活塞外壳(9)；线圈I(7)由铜导线绕活塞体(10)组成，线圈I(7)的一头通过活塞杆(12)中的走线孔连接控制单元电流输出的正极(30)，另一头焊接到活塞体(10)上，通过活塞杆(12)连接到控制单元电流输出的负极。

5.如权利要求4所述的电磁和磁流变液混合型减振器，其特征是，所述连通结构为活塞体(10)上沿活塞杆移动方向设置的若干阻尼孔(11)。

6.如权利要求1所述的电磁和磁流变液混合型减振器，其特征是，所述中间连接板(17)和活塞杆(12)均为非导磁材料，活塞体(10)及活塞外壳(9)为软磁材料。

7.如权利要求6所述的电磁和磁流变液混合型减振器，其特征是，所述中间连接板(17)下部设有缓冲橡胶(13)或弹簧；中间连接板(17)与活塞杆(12)间还设有密封圈II(15)；在中间连接板(17)上部与上壳体(22)间还设有与活塞杆(12)配合的轴承I(19)和推力轴承I(20)，中间连接板(17)与下壳体(3)间设有O型圈(16)。

8.如权利要求2所述的电磁和磁流变液混合型减振器，其特征是，所述上壳体(22)顶部设有端盖(28)，端盖(28)下部是隔板(24)，隔板(24)与上壳体(22)连接；线圈II(23)置于隔板(24)与上壳体(22)间；端盖(28)与活塞杆(12)间设有丝杠密封圈(27)；隔板(24)上设有轴承II(25)和推力轴承II(26)与活塞杆(12)配合。

9.如权利要求1所述的电磁和磁流变液混合型减振器，其特征是，所述下壳体(3)底部密封安装有单向阀(2)，单向阀(2)通过密封螺钉(1)与下壳体(3)固连。

10.如权利要求1所述的电磁和磁流变液混合型减振器，其特征是，所述移动活塞(6)上设有密封圈I(5)。

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